Definicja masy atomowej, typy, jak ją obliczyć, przykłady

masa atomowa Jest to ilość materii obecnej w atomie, którą można wyrażać w zwykłych jednostkach fizycznych lub w masach atomowych (UMA lub U). Atom jest pusty w prawie całej swojej strukturze; Elektrony, które są zamazane w regionach zwanych orbitalami, gdzie istnieje pewne prawdopodobieństwo ich znalezienia, i ich jądra.

W jądrze atomu znajdują się protony i neutrony; Pierwszy z dodatnimi ładunkami, a sekundy z obciążeniem neutralnym. Te dwie cząstki subatomowe mają znacznie większą masę niż elektron; Dlatego masę atomu rządzi jej jądro, a nie pustka lub elektrony.

Główne cząstki subatomowe i masa jądra. Źródło: Gabriel Bolívar.

Masa elektronu wynosi około 9,1,10^-31 kg, podczas gdy proton 1,67 · 10^-27 kg, będąc współczynnikiem masy 1.800; to znaczy proton „waży” 1.800 razy więcej niż elektron. Podobnie to samo dzieje się z masami neutronów i elektronów. Dlatego masowy udział elektronu do zwykłych celów jest uważany za nieistotny.

Z tego powodu zwykle zakłada się, że masa atomu lub masa atomowa zależy tylko od masy jądra; który z kolei składa się z suma przedmiotu neutronów i protonów. Z tego rozumowania wyłaniają się dwa koncepcje: liczba masowa i masa atomowa, oba ściśle powiązane.

Mając tyle „pustych” w atomach, a ponieważ jego masa jest prawie całkowicie rdzeniem, oczekuje się, że ta ostatnia będzie wyjątkowo gęsta.

Gdybyśmy wzięli tę pustkę do dowolnego ciała lub obiektu, jego wymiary byłyby drastycznie. Ponadto, gdybyśmy mogli zbudować mały obiekt oparty na jądrach atomowych (bez elektronów), miałoby to masę milionów ton.

Z drugiej strony masy atomowe pomagają odróżnić różne atomy od tego samego elementu; To są izotopy. Mając bardziej obfite izotopy niż inne, należy oszacować średnią mas atomowych dla pewnego elementu; średnia, która może się różnić w zależności od planety lub od jednego regionu kosmicznego do drugiego.

[TOC]

Definicja i koncepcja

Z definicji masa atomowa jest sumą mas ich protonów i neutronów wyrażonych z Uma lub U. Powstała liczba (zwana również numerem masy) jest umieszczona bezwymiarowa w lewym górnym rogu w notacji używanej do nukleidy. Na przykład dla elementu ^piętnaścieX jego masa atomowa wynosi 15um lub 15U.

Masa atomowa nie może wiele powiedzieć o prawdziwej tożsamości tego elementu x. Zamiast tego stosuje się liczbę atomową, która odpowiada protonom, które znajdują się rdzeń x. Jeśli liczba ta wynosi 7, wówczas różnica (15-7) będzie równa 8; to znaczy x ma 7 protonów i 8 neutronów, których suma wynosi 15.

Wracając do obrazu, jądro ma 5 neutronów i 4 protony, więc jego liczba masy to 9; A z kolei 9 uma to masa jego atomu. Posiadanie 4 protonów i konsultacji z tabelą okresową, można zauważyć, że jądro odpowiada elementowi berylu, be (lub ⁹BYĆ).

Jednostka masy atomowej

Atomy są zbyt małe, aby mierzyć swoje masy za pomocą konwencjonalnych metod lub zwykłych skal. Z tego powodu wynaleziono UMA, lub o da (dalcien). Jednostki te opracowane dla atomów pozwalają mieć pojęcie o tym, jak masywne są atomy elementu.

Może ci służyć: Cobalt: Struktura, właściwości, aplikacje

Ale co dokładnie reprezentuje UMA? Musi istnieć odniesienie, które pozwalają ustalić masowe relacje. Aby to zrobić, atom został użyty jako odniesienie ¹²C, który jest najliczniejszym i stabilnym izotopem dla węgla. Posiadanie 6 protonów (ich liczba atomowa Z) i 6 neutronów, a zatem masa atomowa wynosi 12.

Zakłada się, że protony i neutrony mają te same masy, dzięki czemu każdy wkład 1 uma. Jednostka masy atomowej jest następnie definiowana jako dwanaście części (1/12) masy atom węglowy-12; To jest masa protonu lub neutronu.

Równoważność w gramach

A teraz pojawia się następujące pytanie: ile gramów jest równoważne 1 UMA? Na początku nie było wystarczających technik, aby go zmierzyć, chemikalia musiały zadowolić się wyrażaniem wszystkich mas za pomocą UMA; Była to jednak zaleta, a nie wada.

Ponieważ? Ponieważ będąc małymi cząsteczkami subatomowymi, podobnie jak dziecko, musi to być ich masa wyrażona w gramach. W rzeczywistości 1 UMA jest równoważne 1 6605 · 10^-24 gramy. Ponadto, przy użyciu pojęcia mol, nie było problemem, aby pracować masami pierwiastków i ich izotopów z UMA, wiedząc, że takie jednostki można zmodyfikować do g/mol.

Na przykład powrót do ^piętnaścieX i ⁹Mamy, że ich masy atomowe wynosiły odpowiednio 15 UMA i 9 UMA. Ponieważ jednostki te są tak małe i nie mówią, ile materii należy „ważyć”, aby je manipulować, przekształcają się w odpowiednie masy trzonowe: 15 g/mol i 9 g/mol (wprowadzając pojęcia moli i liczby awogadro).

Średnia masa atomowa

Nie wszystkie atomy tego samego elementu mają tę samą masę. Oznacza to, że muszą mieć więcej cząstek subatomowych w jądrze. Będąc tym samym elementem, liczba atomowa lub liczba protonów musi pozostać stała; Dlatego istnieją jedynie zmienność ilości posiadanych neutronów.

Zatem pojawia się definicja izotopów: atomy tego samego elementu, ale z różnymi masami atomowymi. Na przykład berylum prawie całkowicie składa się z izotopu ⁹Być ze śladami śladów ¹⁰Być. Jednak ten przykład nie pomaga w zrozumieniu pojęcia średniej masy atomowej; Potrzebujemy jednego z więcej izotopów.

Przykład

Załóżmy, że element istnieje ⁸⁸J, to jest główny izotop J z obfitością 60%. J Ponadto ma dwa inne izotopy: ⁸⁶J, z obfitością 20%i ⁹⁰J, z obfitością również 20%. Oznacza to, że od 100 atomów J, które zbieramy na Ziemi, 60 z nich to ⁸⁸J i pozostałe 40 mieszanki ⁸⁶J i ⁹⁰J.

Każdy z trzech izotopów J ma własną masę atomową; to znaczy jego suma neutronów i protonów. Jednak masy te muszą być uśrednione, aby móc mieć atom masy atomowej dla J; tutaj na ziemi, ponieważ mogą istnieć inne regiony wszechświata, w których obfitość ⁸⁶J wynosi 56%, a nie 60%.

Może ci służyć: sód: historia, struktura, właściwości, ryzyko i zastosowania

Aby obliczyć średnią masę atomową J, należy uzyskać ważoną średnią mas ich izotopów; to znaczy, biorąc pod uwagę odsetek obfitości dla każdego z nich. Tak więc mamy:

Średnia masa (j) = (86 UMA) (0,60) + (88 UMA) (0,20) + (90 UMA) (0,20)

= 87,2 UMA

To znaczy średnia masa atomowa (znana również jako J wynosi 87,2 UMA. Tymczasem jego masa molowa wynosi 87,2 g/mol. Zauważ, że 87.2 jest bliższe niż 88 niż 86, a także jest odległe od 90.

Absolutna masa atomowa

Absolutna masa atomowa to masa atomowa wyrażona w gramach. Począwszy od przykładu elementu hipotetycznego, możemy obliczyć jego bezwzględną masę atomową (średnia), wiedząc, że każda UMA jest równoważna 16605 · 10^-24 gramy:

Bezwzględna masa atomowa (j) = 87,2 Uma * (16605 · 10^-24 g/ uma)

= 1,447956 · 10^-22 g/atom j

Oznacza to, że średnio atomy J mają bezwzględną masę 1,447956 · 10^-22 G.

Względna masa atomowa

Względna masa atomowa jest identyczna ze średnią masą atomową dla danego elementu; Jednak w przeciwieństwie do drugiego, pierwszy brakuje jedności. Dlatego jest bezwymiarowy. Na przykład średnia masa atomowa berylu wynosi 9 012182 U; podczas gdy jego względna masa atomowa wynosi po prostu 9 012182.

Dlatego czasami te pojęcia zwykle źle rozumieją jako synonimy, ponieważ są bardzo podobne, a różnice między nimi są subtelne. Ale jakie są te masy względne? W stosunku do dwunastej części masy ¹²C.

Zatem element o względnej masie atomowej 77 oznacza, że ​​ma masę 77 razy większą niż 1/12 części ¹²C.

Ci, którzy zdobyli elementy w stole okresowym, mogą zobaczyć, że ich masy są wyrażane względnie. Nie mają jednostek UMA i jest to interpretowane jako: żelazo ma masę atomową 55 846, co oznacza, że ​​jest ona 55 846 razy bardziej masywna niż masa 1/12 części części 1/12 części ¹²C, i można to również wyrazić jako 55 846 UMA lub 55 846 g/mol.

Jak obliczyć masę atomową

Matematycznie przykład tego, jak go obliczyć na przykładzie elementu j. Ogólnie rzecz biorąc, należy zastosować średnią średnią formułę, która byłaby:

P = σ (masa atomowa izotopowa) (obfitość u przecinków dziesiętnych)

Innymi słowy, posiadanie mas atomowych (neutronów + protonów) każdego izotopu (zwykłego naturalnego) dla pewnego pierwiastka, a także ich odpowiednich obfitości lądowych (lub cokolwiek wzięcia pod uwagę regionu), wówczas można obliczyć średnią ważoną.

A dlaczego nie po prostu średnia arytmetyczna? Na przykład średnia masa atomowa J wynosi 87,2 UMA. Jeśli ponownie obliczymy tę masę, ale w sposób arytmetyczny będziemy mieli:

Średnia masa (j) = (88 UMA + 86 UMA + 90 UMA)/3

= 88 UMA

Zauważ, że istnieje ważna różnica między 88 a 87,2. Wynika to z faktu, że w średniej arytmetycznej zakłada się, że obfitość wszystkich izotopów jest taka sama; Gdy znajdują się trzy izotopy J, każdy musi mieć obfitość 100/3 (33,33%). Ale to nie jest: są znacznie bardziej obfite izotopy niż inne.

Może ci służyć: uretan: struktura, właściwości, uzyskiwanie, użycia

Dlatego obliczana jest średnia ważona, ponieważ uwzględnia ją, jak obficie jest izotopem w odniesieniu do innego.

Przykłady

Węgiel

Aby obliczyć średnią masę atomową węgla, potrzebujemy jej naturalnych izotopów z ich odpowiednimi obfitościami. W przypadku węgla są one: ¹²C (98,89%) i ¹³C (1,11%). Ich względne ich masy atomowe wynoszą odpowiednio 12 i 13, co z kolei wynosi 12 UMA i 13 UMA. Rozwiązanie:

Średnia masa atomowa (C) = (12 UMA) (0,9889) + (13 UMA) (0,0111)

= 12 0111 UMA

Dlatego masa atomu węglowego wynosi średnio 12,01 UMA. Mając ilości śladów ¹⁴C, prawie nie ma na tę średniej.

Sód

Wszystkie naziemne atomy sodu składają się z izotopu ²³Na, więc jego obfitość wynosi 100%. Dlatego w zwykłych obliczeniach można założyć, że jego masa wynosi po prostu 23 uma lub 23 g/mol. Jednak jego dokładna masa wynosi 22.98976928 Uma.

Tlen

Trzy izotopy tlenu z ich odpowiednimi obfitościami to: ¹⁶O (99 762%), ¹⁷Lub (0,038%) i ¹⁸O (0,2%). Mamy wszystko, aby obliczyć jego średnią masę atomową:

Średnia masa atomowa (O) = (16 UMA) (0,99762) + (17 UMA) (0,00038) + (18 UMA) (0,002)

= 16.00438 UMA

Chociaż jego dokładna masa zgłaszana wynosi w rzeczywistości 15 9994 UMA.

Azot

Powtarzając te same kroki z tlenem, które mamy: ¹⁴N (99 634%) i ^piętnaścieN (0,366%). Więc:

Średnia masa atomowa (N) = (14 UMA) (0,99634) + (15 UMA) (0,00366)

= 14.00366 UMA

Zauważ, że masa zgłoszona dla azotu jest 14 0067 UMA, nieco większa niż to, co obliczamy.

Chlor

Izotopy chloru z ich odpowiednimi obfitościami to: ³⁵CL (75,77%) i ³⁷CL (24,23%). Obliczanie jego średniej masy atomowej mamy:

Średnia masa atomowa (CL) = (35 UMA) (0,7577) + (37 UMA) (0,2423)

= 35 4846 UMA

Bardzo podobny do raportu (35 453 UMA).

Dyspozyto

I wreszcie obliczona zostanie średnia masa elementu z wieloma naturalnymi izotopami: dyspozyto. Te i z odpowiednimi obfitościami są: ¹⁵⁶Dy (0,06%), ¹⁵⁸Dy (0,10%), ¹⁶⁰DY (2,34%), ¹⁶¹DY (18,91%), ¹⁶²DY (25,51%), ¹⁶³DY (24,90%) i ¹⁶⁴DY (28,18%).

Postępujemy jak poprzednie przykłady, aby obliczyć masę atomową tego metalu:

Średnia masa atomowa (Dy) = (156 UMA) (0,0006%) + (158 UMA) (0,0010) + (160 UMA) (0,0234) + (161 UMA) (0,1891) + (162 UMA) (0,2551) + (163) (163) UMA) (0,2490) + (164 UMA) (0,2818)

= 162 5691 UMA

Zgłoszona masa wynosi 162 500 UMA. Zauważ, że ta średnia wynosi od 162 do 163, ponieważ izotopy ¹⁵⁶Dy, ¹⁵⁸Dy and ¹⁶⁰Dy jest mało obfitych; Podczas gdy ci, którzy dominują, są ¹⁶²Dy, ¹⁶³Dy and ¹⁶⁴Dy.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2019). Masa atomowa. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Christopher Masi. (S.F.). Masa atomowa. Odzyskane z: WSC.Masa.Edu
4. Natalie Wolchover. (12 września 2017 r.). Jak wahasz atom? Nauka na żywo. Odzyskane z: Livescience.com
5. Chemia librettexts. (5 czerwca 2019). Obliczanie mas atomowych. Odzyskane z: chem.Librettexts.orks
6. Edward Wichers i H. Steffen Peiser. (15 grudnia 2017 r.). Masa atomowa. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com